栽培稻(Oryza sativa L.)是世界上最早的驯化作物,也是目前世界上超过三分之一人口的主要粮食作物。大约8000年前由野生稻驯化而来,在其驯化过程中,伴随着诸如谷粒颜色、稃尖颜色、落粒性、休眠性和花周期等许多表型性状的改变。这些表型性状的改变是由控制该性状驯化基因的变异所引起。杂草稻与栽培稻在植物分类学上属于同一个属,同时具有栽培稻和野生稻的特性,它寄生在世界各地的稻田中,难以去除和控制,给世界水稻生产带来了巨大损失,所以杂草稻的起源逐渐成为人们研究的热点。随着分子生物学技术的发展,控制这些表型形状的基因相继被克隆,为杂草稻起源研究提供了一个新的视角。Rc基因控制水稻谷粒颜色,该基因exon7上存在一个导致基因功能缺失的14 bp移码删除,花青素合成终止,水稻变为白色谷粒。该功能缺失的rc基因出现在93%具有白色谷粒颜色的栽培稻中。DTH7基因是控制花期变异路径中的一个关键调控基因,在该基因上存在一个导致其功能缺失的8 bp移码删除,花期变为早花期。OsC1基因是控制水稻稃尖颜色的一个关键调控因子,该基因第三个外显子上存在导致该基因功能缺失的两个移码删除(8 bp/2 bp),从而使水稻的稃尖颜色变为白色。ALS基因是与水稻对除草剂抗性关联的一个基因,该基因的突变影响杂草稻对除草剂的敏感性,限制了 Clearfield rice使用的长期有效性。本文首先通过对控制杂草稻、野生稻、栽培稻表型性状驯化基因Rc,DTH7,OsC1,ALS进行Targect Sequence测序,然后利用这些序列进行序列比对、构建系统进化树并进行遗传变异和遗传多样性分析,来确定不同地区杂草稻的起源。其次本研究还通过比较分析Rc基因与其它三个驯化基因sh4(控制落粒性)、Bh4(控制谷壳颜色)和An-1(控制芒的长度)在马来西亚杂草稻中基因的野生型和栽培型等位基因所占的比例,以期鉴定野生型的Rc基因对马来西亚杂草稻蔓延起到了促进作用。研究结果表明:1.驯化稻aus和indica是美国杂草稻起源的两个贡献因子,同时japonica对美国杂草稻起源也是一个不可忽视的因素;驯化稻aus和indica,以及野生稻(O.rufipogon)是马来西亚杂草稻起源的三个贡献因子,它们一起促进了马来西亚杂草稻的蔓延;南亚杂草稻遗传背景最为复杂,驯化稻aus/indica、O.rufipogon和栽培稻japonica共同促进了南亚杂草稻蔓延。2.遗传多样性分析显示,美国杂草稻遗传多样性较低,说明在其进化的过程中经历了遗传瓶颈效应,这也与之前的研究结果一致。3.白色栽培稻起源的马来西亚杂草稻与红色地方品种起源的马来西亚杂草稻在Rc基因上存在13个SNPs。4.美国杂草稻花期的统计结果表明美国杂草稻SH的花期较BHA的花期早。同时花期关联基因DTH7的核苷酸序列分析表明,美国杂草稻SH在DTH7基因上存在一个导致该基因氨基酸翻译提前终止的8 bp移码删除,其祖先indica的DTH7基因也存在这个8 bp的删除,但SH的花期与其祖先indica的花期却明显不同,说明单基因不能解释水稻花期的多样性。5.马来西亚杂草稻、美国杂草稻遗传多样性偏低的原因是在漫长的进化过程中栽培稻OsC1的基因从indica渐渗到了马来西亚和美国杂草稻中,所以OsC1基因在马来西亚杂草稻中并未受到人为选择,6.所有具有白色稃尖的美国杂草稻和马来西亚杂草稻在OsC1基因的第三个外显子上都存在导致基因功能缺失的10 bp移码删除。7.杂草稻对除草剂抗性的统计发现,美国、马来西亚和南亚杂草稻的除草剂抗性都介于80%-90%之间。我们在这三个地区的抗除草剂杂草稻ALS基因上总共鉴定了 9个突变的氨基酸,其中5个氨基酸的变异(A11T、P67T、A122T、W293T、E604D)伴随着极性和电荷性的改变。P67T、W293R、E609D三个点突变分别位于ALS基因的α区域,β区域,γ区域内。其中:(1)51个马来西亚杂草稻出现A11T替换,51个美国杂草稻在这个位置全部发生A11T替换,32个东南亚杂草稻出现A11T替换;(2)14个马来西亚杂草稻出现P67T替换,美国杂草稻在这个位置上没有发生替换,17个东南亚杂草稻出现P67T替换;(3)美国、马来西亚、南亚三个地区杂草稻都出现了 W239T替换;(4)30个马来西亚杂草稻出现了 E604D替换,美国杂草稻没有发现该替换,6个南亚地区杂草稻出现E604D替换。这说明杂草稻对除草剂的抗性与ALS基因上点突变紧密关联。8.马来西亚、南亚、美国三个地区的杂草稻中都发现了 Clearfield rice的特有变异A122T,其中42个马来西亚杂草稻中出现A122T变异,26个南亚杂草稻出现A122T变异,47个美国杂草稻出现A122T变异,说明栽培稻与杂草稻之间基因漂流对抗除草剂杂草稻的蔓延起着重要作用。